CN1023922C - 与数据结构无关的扇形扫描伺服 - Google Patents

Abstract

描述了一种方法与装置，其中写在磁盘上的伺服扇区是在一条给定的磁道上等间隔的并在查找，置位与磁道跟踪操作中被读取。应用了一种算法来确定在一条磁道上的伺服扇区(或段)之间的容许时间间隔及相关联的数据段的长度，诸如数据扇区或可变长度记录，使得在一条给定的磁道上等间隔的各伺服扇区(或段)是位于一个数据扇区的一个数据字段内或位于一个标识区内或紧随一个地址指示标记之后。伺服扇区(或段)的采样率是恒定的并与数据段的数目和长度无关。

Description

本发明与美国申请07/    号，名称“具有高伺服采样率的磁盘存储器或磁带驱动器”（DocketSA9-89-045）相关，它与本申请同时提交并转让给本发明的受让人。

本发明涉及用于在一个可运动的记录介质上提供并采样伺服段的方法与装置，更具体地说，涉及在磁盘存储器上采样伺服扇区或在磁带驱动器上采样伺服段的速率与所用的数据结构无关的这样一种方法与装置。

上面参照的相关申请公开了一种用于提高在以固定块结构（FBA）格式化的磁盘中的伺服扇区采样率方法和装置，这种提高的实现只增加最小量的辅助区（非数据区）。磁盘具有包含所有伺服与相关辅助信息的先有技术传统伺服扇区。然而，在传统伺服扇区之间的数据段中插入微伺服扇区以提高伺服信息的短脉冲串。这些微伺服扇区包含一小部分辅助信息，只够提供位置信息并控制写电流与输入到一个数据编码器/译码器的数据流与时钟信号的暂时中断与恢复。由于伺服脉冲串是短的，在每一个脉冲串之后无需对VCO（电压控制振荡器）进行重新同步。这些微扇区脉冲串只在置位时使用（由于它们只包含位置错误信号数据）并最好也在查找时使用（如果使用一种简化格雷码）;而在读与写磁道跟踪中则使用传统的扇区伺服脉冲串。这一技术在使用扇形扫描伺服系统（例如在FBA格式的低档磁盘存储器中所用的）的磁盘存储器中令人满意地以最小的开销提供高采样率。

某些当前日渐广泛地用于增加扇形扫描磁盘存储器的表面密度的技术是恒定线性密度（CLD）记录与分带记录。在CLD记录中，一定磁道上的数据率取决于它的半径。分带记录与其有些相似，只是在半径的一定带宽内的数据率是恒定的，而在带与带之间则是变化的，以最小化线性密度的范围。然后，这便出现了如果以扇形扫描来实现，则扇区的数目，从而伺服样本的数目将从最内侧到最外侧带不断地增加，从而要求将伺服系统调整为不同的采样率。同时，跨越带的查找及在带边上的置位将要求不断地更新采样率，并且伺服样本的定时将要变化。

因此需要一种对用户是透明的且同样可用于非扇区扫描以及扇区扫描的磁盘和磁带驱动器的记录技术，其中，伺服采样率是恒定的并与所用的数据结构无关，只受专用于伺服信息的磁盘总面积的限制。

面对这一目的，并根据本发明，描述了一种方法和装置，其中，写在一片磁盘上的伺服扇区（或者写在磁带上的伺服段）是等距离地间隔在一条给定的磁道上，并在查找，置位与磁道跟踪操作中被读取。用一种算法来确定在一条磁道上的伺服扇区（或段）与相关联的数据段（例如数据扇区或可变长度记录）之间的可容许的时间间隔，这是可能以这样一种方式被安置在磁盘或磁带上：使等距离地分隔在一条给定的磁道上的各伺服扇区（或段）位于一个数据扇区的一个数据字段内或者位于一个标识区内或者紧随一个地址指示标记之后（例如一个地址标记或索引标记）。伺服扇区（或段）的采样率是恒定的并且与数据区段的数目与长度无关。作为这种不相关性的一个结果，这一技术适用于CLD记录，对使用扇形扫描伺服的分带磁盘（如同在传统的FBA中），以及甚至对非扇形扫描的结构，诸如数据写在具 有可变长度的记录中的计数键数据（CKD）以及对于以FBA或CKD格式化的磁带驱动器也同样适用。

图1是一并非按比例的图，示出了以传统扇形扫描FBA格式化的磁盘存储器上一条磁道的一个典型先有技术数据扇区的区与字段;

图2也是一并非按比例的图，示出了一个根据本发明的伺服扇区;

图3也是一并非按比例的图，示出了一个数据扇区，伺服扇区可以插入在其中可选择的位置上;

图4是以分带FBA格式化的一片磁盘的一部分的图，描绘了对所有带的恒定采样率，每一带中不同数目的数据扇区，以及在对应带中的伺服扇区位置;以及

图5是示出实施本发明的电路的方块图。

如图1所示，在一片FBA格式化的磁盘上的一条磁道的一个典型的数据扇区9包括一个伺服区10，一个标识（ID）区11，以及一个数据区12。写-读与速度字段15给驱动器的电子部件从写转换到读的时间。地址标志（AM）字段16是一个异步的绝对时间基准标记，它标识伺服扇区的起点并提供定位其它的字段的基础位置错误信号（PES）字段17包含确定记录头的磁道位置所需的信息。

在ID区11中，读-写和速度字段18提供保障PES字段17不被复盖所需的时间，并保障提供足够的时间使写电流升至其满负荷值。VCO同步（VCO    sync）字段19用于供给各种频率的读时钟信号足够时间来锁相到即将来到的ID与CRC字段22。编码器/解码器（ENDEC）清仓字段20指明读通道解码器必须接收的比特（bit）数才能将其置于一种称作ENDEC清仓的已知状态。同步 字节21指出为了将读字节对准在当前字节边界上所需的同步字节。ID与CRC字段22包含一个扇区标识符及故障扇区标志作为ID部分以及一个检测读取ID中的错误的循环冗余校验作为其CRC部分。

在数据区12中，字段23-26分别对应于ID字段18-21。然而，同步字节字段26的功能则是告许控制器VCO同步与ENDEC清仓什么时候结束以及包含在字段27中的实际数据什么时候开始。数据与ECC字段27存储用户数据连同错误校正码。在传统的扇形扫描伺服系统中的各数据区是完全与其它数据扇区中的数据区无关的。

对于区10-12以及字段15-27的更详尽的说明，读者可参考引用的相关申请。

用于磁盘分带记录的扇形扫描伺服系统

如图2所示，按照本发明，伺服扇区30显著地与传统的扇区9不同。扇区30包括一个读-写字段31，该字段具有一个代码约束（CC）部分32与一个速度间隔33，两者一起提供图1中字段33的写恢复功能。代码约束32由防止衰减的写电流在过份靠近最后的数据过渡段的地方写入一个过渡段的比特（bits）组成。用于计及由磁盘驱动电机的转轴速度变化导致的时间溢出的间隔33被插入字段31与一个伺服开始标记34之间。

标记34位于位置错误信号（PES字段35的前端并标记伺服采样的开始。在PES字段35的尾端与一个选用的VCO同步字段37之间有一间隔36，用于再一次计及转轴速度的变化。在字段37后面（如果37不用时则为间隔36）是字段38，它包含一代码约束及同步比特（bits），例如它对于（2，7）码将为00。字段32， 37与38中每一个在一个写操作中都全部写入;而在一个写操作中字段31与36则是部分地写入的;而字段33与35只在一个伺服写操作中写入。

从而可见，各伺服扇区30只由包含位置信息的PES字段35中的比特（bits）以及在其各侧用于控制数据的写与读的中断与恢复的字段中的比特（bits）组成。

图3示出了可能用于实施本发明的一个数据扇区M的一个典型磁道39上的各种区或域。由于按照本发明，伺服扇区30可以在图3中垂直箭头所指的任何位置中的任何地方插入，所以在图中没有包括伺服扇区。

如图所示，各磁道39较可取地包含下述各字段，写-读恢复与AGC字段15′;填充字段42，43，它们补偿时间溢出;以及字段16′，18′，19′，22′，23′，24′与27′，它们连同15′与图1中传统扇形扫描伺服9中的对应不加‘′’的字段本上相同。

伺服扇区30是在工厂中写入的，并且可以在数据字段27′中任何地方或者各数据扇区M中某些其它规定的位置上，诸如ID/CRC字段22′或字段27′的ECC部分。然而，与字段27′的数据部份的长度相比较，字段22′与字段27′的所述ECC部份是如此之小，使得可允许的样本位置的数目只能得到小的增加。因此，作为一种实用事物，伺服扇区30更可取地应当插入字段27′的数据部分中任何地方或者紧随AM16′之后。

伺服扇区30不得插入同步字段19′或24′，因为那时VCO正试图进行一次相位或频率锁定，越过一次伺服采样将会产生一个不 可予测的偏移。伺服扇区30也不能插在字段15′，18′，或23′中，它们是通道恢复所必须的，或者在用于提供时间溢出的填充字段442，43中。

显然地，如果伺服样本出现在AM16′上，则CC字段32，W-R字段31以及填充字段33都是不必要的;并且由于这样一来填充字段42将随在伺服样本后面，VCO字段37与CCSB字段38也不需要了。虽然将伺服样本开始在AM16′消除了这些字段可以满意地降低开销，但它有可能不足以抵销使所有的伺服扇区具有相等的长度所带来的好处。尤其是，在分带记录中，为了使伺服系统能独立于分带地工作，所有的伺服扇区都必须相等。

图4描绘了以FBA格式化为分带扇区的磁盘50。根据本发明的一个重要特征，在各对应带A-D中的伺服扇区30是相隔相等的周边间隔写入的并在查找，置位与磁道跟踪操作中被采样（即，读取）。每一圈上的一个允许数目的伺服扇区以及在磁盘50上相关数据区的长度是这样计算的：使得在一个给定的磁道上的各等间隔的伺服扇区30是位于一个数据区5′中的一个数据字段27′中的任何地方或者一个标区22′中或者在一个数据扇区M中紧随一个索引标记52或地址标记16′之后。如图3与图4所示，每一个数据扇区M从各“其它”字段（它们是辅助字段）的前端延伸到相邻数据区51的后端。

根据本发明的一个重要特性，没有必要使各伺服扇区30开始于每一个数据扇区M的AM16′或索引标记52或者对每一个数据扇区而言伺服扇区的位置都是相同的。然而，如果如图4所示，各带中的第一个伺服扇区开始在共同径向索引52处，并且在该带中的各后 继伺服扇区是在从所述索引开始以相等的时间增量间隔的顺序位置上的话，则格式化将简单化。从而，在磁盘50中，在各同心带A-D中的数据是以相同的数据率计时的但是数据率与数据扇区M的数目是逐带不相同的。

并非所有的伺服样本率与每带中数据扇区M的数目的所有组合都是允许的。允许的组合是下述那些，每圈中伺服样本N的数目与一个特定的带A，B，C或D中的数据扇区M的数目之间可约简或小整数之比。例如，每一圈中假设有60个伺服样本N;带A，B，C与D中每段分别有30，36，40与50个数据扇区;并且所有伺服样本是在索引52起始的。如图4中所注记，各段中伺服样本N对数据扇区M之比从最内侧带A起分别为2∶1，5∶3，3∶2与6∶5。注意在各种情况中，对于所有带中的所有扇区而言，伺服样本或者在AM位置16′上排成一列或者在数据区51之中。

伺服样本N对数据扇区M的不可约简的比，例如60/31，是不能满意的，由于它们可能破坏放置约束。AM16′位置将会落在靠近数据字段27′之间的间隔的中间的地方;从而，允许的组合的数目将会相当高。如果磁道并没有VCO或AGC同步字段，则只有很少的伺服放置限制因为只有AM与间隔字段需要避开;在这种情况下几乎伺服样本N对数据扇区M的任何比例都是允许的，除外所述比例中的分子或分母中的较大整数最好不要超过各磁道不用作数据扇区的数据字段或标识字段的那些部分的倒数的两倍。

计算伺服样本与数据扇区的允许组合的方法在附在后面的附录中说明。

伺服系统用在索引标记52处（图4）定位一个伺服扇区30来 初始化。如图5所示，时钟信号发生器61发生伺服时钟周期，它们被计数器62计数。当计数器62到达一个对应于各伺服扇区30之间的伺服时钟周期的数目的予置最终计数时，它便向一个开始标记检测器63送出一个启动信号。然后，检测器寻找一个伺服扇区30的开始标记34。当开始标记34被定位时，检测器63生成一个开始点找到信号，该信号被送至一个伺服控制器64以及计数器62。计数器被开始点找到信号复位并重新开始计数。然后伺服控制器64根据已知的从开始标记34起始的时间偏离量读出PES字段35以及其它伺服信息，诸如一个磁道ID格雷码。然后，伺服控制器64用典型的先有技术伺服控制器相同的方式使用该PES来控制一个起动器（未示出）。

在前面的描述中，曾经假设磁盘驱动电机的轴转速控制是足够精确的，从而完全允许开环操作;即，为各伺服扇区30重复进行开环计数循环，并且所有的伺服样本在磁盘的各圈的末尾处的公共索引52上排成一行。但是，如果速度控制时间溢出是不能接受的，则可以用在PES字段35中放一同步比特（bit）来复位一采样定时器并借此在每一个采样时间更新该定时器来减少这种溢出。

用于读和写操作的数据用先有技术中同样的方式进行处理，将开关76-79闭合并将开关80定位在图中所示出的位置，直到遇到一个伺服扇区30。伺服扇区位置是已知的并存储在一个伺服位置寄存器74中。对这些伺服位置的予知允许数据定时与控制电路71使伺服扇区对于数据通道是透明的。电路71允许数据通道以通常的方式操作直到它从一个比较器72接收到一个伺服位置信号。当计数器73提供的值与出现在一个伺服位置寄存器74的输出端的值匹配 时，比较器72生成这一伺服位置信号。寄存器74包含各数据扇区组的所有伺服扇区位置。

计数器73在读模式中计数来自一个VCO与数据分离器68的VCO时钟周期，而在写模式中则计数来自一个数据时钟信号发生器75的生成的数据时钟周期。这保证了该数据定时与控制电路71将在适当的比特（dit）边界上中断数据流。

响应来自比较器72的伺服位置信号，数据定时与控制电路71断开开关78与79。这便中断了VCO周期并生成数据时钟周期给磁盘数据控制器70以及ENDEC69。这便冻结了磁盘数据控制器70与ENDEC69的状态，使得各伺服扇区30对于数据通道是透明的。

开关77只在写模式中使用，用于将一个前置放大与写驱动器66置于读模式去读取一个伺服扇区30。开关76被断开以防止检测到的数据影响VCO保持的作用。数据定时与控制电路71将开关（76-80）保持在图5中的位置上一个固定的时间间隔直到域37。开关80只在写模式中使用，用于写入VCO重新同步域37及代码约束字段38。

在写模式中，开关77首先被闭合以启动对VCO重新同步字段37的写入。在字段37被写入后，开关80被闭合。在读模式中，开关76首先被闭合以允许VCO68重新同步于数据。当VCO重新同步域操作完成后，即，写入或读取后，开关78与79被闭合。然后，以下一个伺服扇区30的位置更新伺服位置寄存器74中的值。通道再一次以先有技术数据通道相同的方式工作直到比较器72生成下一个伺服位置信号。

根据本发明的一个重要特征，数据与伺服扇区协调地工作，使得数据通道不需要伺服扇区30的地址标记便可以为各伺服扇区30作好准备。只需一个伺服开始标记34，它可能短到一个比特（bit）便可定位各伺服扇区。各伺服扇区30可以用开环定时从前面一个伺服扇区来定位而并不需要有关数据扇区的长度或位置的任何消息。

应用于恒定线性密度（CLD）记录

可以了解，用于CLD记录的扇形扫描伺服系统基本上与所说明的分带记录相同，只是时钟频率在每一磁道下改变，而且各磁道的数据扇区的长度都不相同。

用来计算伺服采样率与每一磁道中的数据扇区的数目的容许组合的方法是对附录中用于分带记录的算法进行简单的修正。

应用于传统的FBA格式

在工厂中定位并写入多个伺服扇区，它们是以相等的角度在各磁道上周向地相互分隔的，这一相等的角度对应于一个恒定的时间间隔。由于数据定时在FBA格式中并不改变，伺服扇区的数目与每一磁道中数据扇区的数目的容许组合可用附录中所说明的对分带记录的允许带的相同的计算方法计算。

另一方法是选择一个具有与开销（辅助）字段的长度相等长度的基本数据单元。允许的数据记录长度将是该数据单元长度的整数倍。如果伺服扇区间隔是这样选择的使用相邻的伺服扇区之间的距离等于该数据单元长度的一个整数倍，则伺服扇区将永远不会落入不允许的区中。

应用于CKD格式

伺服扇区也是在工厂中定位和写入的。在一条给定的磁道上的第 一个数据记录是放置在起始于一个索引标记，如52的位置上。如果下一个伺服扇区落入写-读恢复区中，则在记录的后面加上填充比特（bits）以保证使下一个伺服扇区落入数据区之中。如果下一个伺服扇位落入下一个数据记录起始处的一个不允许字段中，则在当前记录的后面加上填充比特（bits）将下一个地址标记与下一个伺服扇区对齐。对磁道上的所有扇区重复这一过程。控制器在一个写操作中生成这些填充比特（bits），并在一个读操作中抽去这些填充比特（bits），从而使所述操作对于宿主机是透明的。

应用于磁带驱动器

虽然本发明是作为应用于磁盘驱动器示出的，很明显本发明同样适用于磁带驱动器。在两者中，磁盘的伺服扇区或磁带的伺服段的采样率是与磁盘或磁带是用FBA结构还是用CKD结构格式化无关的。

在一个磁带驱动器中，一条磁带上的伺服段之间以及磁带上的相关联数据段的长度的容许时间间隔是这样建立的使得在一条给定磁道上至少有一些等距离分隔的伺服段是位于一个数据段的一个数据字段中的，并且伺服段的采样率是与所用的数据结构无关的。如同磁盘实施例，一个伺服段的读取是根据从前面的伺服段的开环定时来起动的。每一条磁道上的第一个伺服段起始于一个共同的磁道标记而各后继的伺服段是在从所述标记起以等间隔时间增量分隔的后继位置上起始的。每一伺服段只由包含位置信息的比特（bits）以及在它们两侧的用于控制数据的写与读的中断与恢复的比特（bits）。伺服段与数据段之比不是1∶1。至少有些伺服段是位于一个数据区的一个数段中的任何地方。等距离分隔的伺服段中至少有其它一些是在一个标识字段 中或者紧随一个地址指示标记之后。

对于一条FBA格式化的磁带，数据段之间的时间间隔与伺服段之间的时间隔的比也必须能简约成小整数之比。对于一条CKD格式化的磁带，将会有必要加入填充比特（bits）如前面所述。

在此后权利要求中所用的名词“运动介质”意在，除非另有说明，上位的定义或者一种磁的或、磁光的、或光盘，或者一种磁性的、或光带;名词“伺服段”意在上位地包括磁盘存储器的伺服扇区以及磁带驱动器的伺服段;以及名词“数据段”意在上位地定义FBA与CLD格式的数据扇区与CKD格式的可变长度记录。

在磁盘实施例中，为每一磁道或磁道带计算每圈中所容许的伺服扇区数目。然而，这将是清楚的，从磁盘的恒定转动速度的观点上看来，各伺服扇区之间的时间是恒定的，从而，在磁盘与磁带实施例中，一条磁道上的伺服扇区之间的容许时间间隔是计算得出的，虽然在磁盘实施例中这是表述为一条磁道上的允许伺服扇区数的。

虽然本发明是以其较佳实施例进行展示和说明的，本领域内的技术人员将会理解，可以在不脱离本发明的范围与指导的情况下作出形式上与细节上的改变。从而，这里所说明的方法与装置只能作为示例性的来对待，而本发明只受权利要求中所说明的内容所限定。

Claims (8)

1、一种固定块结构的磁盘驱动器，包括：

一个可旋转的刚性的磁记录盘，其上具有多个同心的磁道，并被划分为多个角度扇形区的固定块，每个固定块都含有一个数据段，用以记录磁写入的数据，以及多个基本上等角度分隔的伺服扇形区，在上述伺服扇形区内含有伺服位置信息，这些扇形区横贯上述磁道在径向直线上延伸，至少一些伺服扇形区是位于上述数据段内并把上述数据段分成至少两个部分；

一个磁头，用以“往和从”上述固定块的数据段上“写和读”数据，和用以从上述的伺服扇形区读出伺服位置信息；

一个起动器，固定在上述磁头上，用以使磁头在横贯上述磁道上定位，并遵循规定的磁道运行，该起动器响应上述磁头以基本恒定的伺服取样速率读出的伺服位置信息，上述的取样速率是由上述磁盘的转速和伺服扇形区的角度分隔决定的；

数据定时钟装置，与上述磁头相耦合，以基本恒定的数据速率为全部磁道定时钟地“往和从”上述的数据段上“写和读”数据；

编/译码装置，与上述磁头相耗合，响应来自上述数据定时钟装置的时钟信号，用以“往和从”上述磁头的数据进行编码和译码；

其特征在于：

数据传送停止装置，与上述编/译码装置相耦合，在上述磁头从位于上述数据段内的伺服扇形区读出伺服位置信息时停止“往和从”上述编/译码装置会传送数据。

2、根据权利要求1所述的磁盘驱动器，其特征在于，所述的数据传送停止装置包括中断装置，用以中断所述的基本恒定数据速率的时钟信号传送到上述编/译码装置。

3、根据权利要求1所述的磁盘驱动器，其特征在于还包括：

伺服扇形区位置值存储装置，用以存储代表位于上述数据段内的伺服扇形区位置的数值;

计数器，与上述的数据定时钟装置相耦合，用以计数时钟周期的个数;

比较装置，与上述计数器和上述伺服扇形区位置值存储装置相耦合，用以对计数值和已存储的伺服扇形区位置进行比较;及

上述的数据传送停止装置，响应上述比较装置。

4、根据权利要求3所述的磁盘驱动器，其特征在于，所述的伺服扇形区位置值存储装置包括一个寄存器，该寄存器位于上述磁盘之外。

5、一种带状记录的固定块结构的磁盘驱动器，包括：一个可旋转的刚性的磁记录盘，其上具有多个径向隔开的多个段，段内含有多个固定块，用以记录磁写入的数据，以及多个基本上等角度分隔的伺服扇形区，在上述伺服扇形区内含有伺服位置信息，每个伺服扇形区横贯上述段在径向直线上延伸;

一个磁头，用以“往和从”上述位于每段的固定块内的数据段上“写和读”数据，和用以从伺服扇形区读出伺服位置信息;

数据定时钟装置，与上述磁头相耦合，以多种数据速率，定时钟地“往和从”上述的数据段上“写和读”数据，每一种数据速率具有一个与上述磁头所在的段相对应的独特的数值;及

一个起动器，固定在上述磁头上，用以使磁头在横贯上述段并在每段内定位，该起动器响应上述磁头以恒定的伺服取样速率读出的伺服位置信息，与上述磁头所在的段或上述数据被定时钟的相应速率无关，上述恒定的伺服取样速率是由上述磁盘的转速和伺服扇形区的角度分隔决定的。

其特征在于：

中断装置，与上述磁头相耦合，用以在上述磁头从“位于数据字段内的上述伺服扇形区”正在读出上述伺服位置信息时中断上述磁头“读和写”数据。

6、根据权利要求5所述的磁盘驱动器，其特征在于还包括：

伺服扇形区位置值存储装置，用以存储上述伺服扇形区位置的代表值;

计数器，与上述的数据时钟装置相耦合，用以计数时钟周期的个数;

中断装置，与上述计数器和上述伺服扇形区位置代表值存储装置相耦合，用以在上述计数器到达一个与已存储的位置值的相对应的数值时中断上述磁头读和写数据，借此，在中断周期期间，由上述磁头读出伺服位置信息。

7、根据权利要求6所述的磁盘驱动器，其特征在于，所述的磁盘驱动器还包括：编/译码装置，与上述磁头相耦合，响应来自上述数据定时钟装置的时钟信号，用以对数据编码和译码，及

所述的中断装置包括中断装置，用以中断时钟信号传送到上述编/译码装置，借此，在上述磁头读出上述伺服位置信息的这个周期期间，冻结上述编/译码装置的状态。

8、根据权利要求6所述的磁盘驱动器，其特征在于，所述的伺服扇形区位置值存储装置包括一个寄存器，该寄存器位于所述磁盘之外。

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